KR20220153402A - 와이퍼 블레이드용 고무 조성물 - Google Patents

와이퍼 블레이드용 고무 조성물 Download PDF

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KR20220153402A KR1020210060936A KR20210060936A KR20220153402A KR 20220153402 A KR20220153402 A KR 20220153402A KR 1020210060936 A KR1020210060936 A KR 1020210060936A KR 20210060936 A KR20210060936 A KR 20210060936A KR 20220153402 A KR20220153402 A KR 20220153402A
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Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생산 단가가 저렴하고, 기계적 물성이 우수하여 와이퍼 블레이드용으로 사용하기에 적합한 고무 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명은 천연고무(Natural Rubber) 30~50중량% 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 50~70중량%로 구성된 고분자 수지를 포함하고, KS M6518에 따른 신율이 500% 이상인 와이퍼 블레이드용 고무 조성물이다.

Description

와이퍼 블레이드용 고무 조성물{Rubber composition for wiper blade}
본 기술은 와이퍼 블레이드용 고무 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 대기 중의 먼지나 각종 이물질 또는 기상 상태로 인한 눈· 비로 유리면이 오염되면 시야 확보가 어렵게 되어 안전운행에 지장을 주게 되므로, 운전자의 안전운전을 위한 시계 확보의 수단으로 유리면에 묻은 눈· 비나 이물질 따위를 닦아내는 차량용 와이퍼 장치가 설치된다.
와이퍼 장치는 크게 와이퍼 블레이드와 와이퍼 암(Arm)부로 구성이 된다.　와이퍼 블레이드는 다시 와이퍼 블레이드 고무와 와이퍼 블레이드 프레임으로 구성이 된다. 와이퍼의 주요 기능은 차량 유리상에 묻은 각종 물기(우천시 발생되는 빗물 및 눈, 서리 등) 및 먼지 등을 제거하기 위해 와셔액으로 닦아내어 주행 시야를 확보하는 것이며, 이는 안전상 중요한 부분이어서 와이퍼의 기능이 제대로 발휘될 수 있도록 최적의 조건을 갖추어야 한다.
이러한 시야 확보를 위한 와이퍼의 성능을 좌우하는 인자는 다음과 같다. 와이퍼 시스템 전체에서 볼 때 와이퍼 블레이드 각 부분에 걸리는 누름 압력 분포의 균일정도, 유리에 직접적으로 맞닿아 물기를 제거하는 와이퍼 블레이드 고무 재료의 성능, 모터부와 와이퍼 블레이드 사이를 이어주는 와이퍼 암부의 강도, 마찰되는 유리면의 표면 거칠기 정도 그리고 고속 주행 중 발생되는 공기저항으로 인한 누름압 발생 혹은 와이퍼 비상 등의 인자들이라 할 수 있다.
이러한 인자들이 본래의 기능을 발휘할 수 없을 때, 와이퍼는 본래의 기능인 닦임 성능을 다 하지 못하고 와이퍼의 고질적인 문제점인 닦임 성능 저하 혹은 작동 시 소음발생 등의 문제를 일으키게 된다.
와이퍼 블레이드용 고무는 차량 전면부 혹은 후면부의 유리에 직접적으로 마찰됨으로써 닦임 성능에 중요한 기여를 하는 부품이다. 이런 기능을 위해서 유연하고 마찰력이 낮아 소음이 발생하지 않으며 닦임 성능도 우수한 고기능의 재료가 요구된다. 이에 가장 적합한 고무재료 및 고무배합을 갖도록 많은 실험과 연구가 이루어져왔다.
오늘날 자동차 완성업체에 장착되는 자동차 와이퍼 블레이드용 고무재료는 천연 고무/ 클로로프렌 고무 블렌드가 대부분이다. 이는 천연 고무 자체가 가지는 우수한 기계적 물성(인장강도, 신율, 마모성, 탄성 등)과 클로로프렌 고무의 오존 노화 성능을 지니고 있으나 내열성, 영구변형 및 닦임 내구성능을 만족하지 못하는 단점이 있으며, 클로로프렌 고무의 단가가 높아 제품의 비용이 높아지는 문제점이 있다.　이러한 단점을 극복하고자 새로운 고무 조성물의 조합 및 새로운 재료의 개발에 박차를 가하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0993732호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생산 단가가 저렴하고, 기계적 물성이 우수하여 와이퍼 블레이드용으로 사용하기에 적합한 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 천연고무(Natural Rubber) 30~50중량% 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 50~70중량%로 구성된 고분자 수지를 포함하고, KS M6518에 따른 신율이 500% 이상인 와이퍼 블레이드용 고무 조성물이다.
상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물은 황, 가류촉진제, 노화방지제, 카본블랙 및 촉진보조제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물은 고분자 수지 100phr 대비 황 0.1~1phr, 가류촉진제 0.1~0.5phr, 노화방지제 0.5~5phr, 카본블랙 10~50phr 및 촉진보조제 0.1~0.5phr을 더 포함할 수 있다.
상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물은 RS R0031에 따른 작동내구성이 15만회 이상일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예는 상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물을 포함하는 와이퍼 블레이드이다.
본 발명은 천연고무(Natural Rubber) 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber)이 특정 중량%로 혼합된 고분자 수지를 포함함으로써, 와이퍼 블레이드용 고무로 사용하기에 적합한 신율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명은 황, 가류촉진제, 노화방지제, 카본블랙 및 촉진보조제를 특정함량으로 포함함으로써, 와이퍼 블레이드용 고무로 사용하기에 적합한 물성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명은 와이퍼 블레이드용 고무 조성물을 포함하는 와이퍼 블레이드로, 우수한 작동내구성을 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예는 천연고무(Natural Rubber) 30~50중량% 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 50~70중량%로 구성된 고분자 수지를 포함하고, KS M6518에 따른 신율이 500% 이상인 와이퍼 블레이드용 고무 조성물이다.
상기 천연고무(Natural Rubber)는 천연 식물에서 얻어지는 고무 재료를 말하며, 와이퍼 블레이드에서 요구하는 탄성, 내마모성 및 기계적 성능을 충족시킬 수 있으나, 이를 단독으로 사용하는 경우 와이퍼 블레이드의 내온존성 및 내후성이 저하될 수 있다.
상기 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber)는 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene) 및 디엔을 지글러/나타 촉매를 이용하여 중합시킨 합성고무로서, 주 사슬은 에틸렌과 프로필렌의 공중합으로 이루어졌고, 가지(branch)는 ENB에 의한 이중결합에 붙어있다. 상기 디엔은 에틸렌 노르보넨(ethylene norbornene, ENB), 디시클로펜다디엔(dicyclopentadiene, DCPD) 또는 1,4-헥사디엔(hexadiene, HD)일 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber)는 내후성 및 내오존성이 우수하나, 내마모성이 낮아 이를 단독으로 사용하는 경우 와이퍼 블레이드의 내구성이 저하될 수 있다.
본 발명에서는 천연고무 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber)을 함께 사용함으로써 천연고무의 단점 및 에틸렌 프로필렌 고무의 단점을 해소하고, 각각의 장점을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 천연고무 및 에틸렌프로필렌 고무가 혼합된 고분자 수지 중, 상기 천연고무의 함량은 30~50중량%이고, 에틸렌프로필렌 고무의 함량은 50~70중량%이다. 상기 천연고무의 함량이 30중량% 미만이면, 천연고무의 함량이 낮아 기계적 물성, 내열성 등이 저하될 수 있으며, 50%를 초과하면 천연고무의 함량이 높아져 내후성 및 내오존성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 와이퍼 블레이드용 조성물은 KS M6518에 따른 신율이 500%이상이며, 바람직하게는 550% 이상이다. 상기 와이퍼 블레이드용 조성물의 신율이 500% 미만이면, 와이퍼 블레이드로 사용하기에 적합하지 않다.
상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물은 황, 가류촉진제, 노화방지제, 카본블랙 및 촉진보조제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 천연고무 및 에틸렌 프로필렌 고무가 혼합된 고분자 수지 100phr(parts per hundred rubber) 대비 황 0.1~1phr, 가류촉진제 0.1~0.5phr, 노화방지제 0.5~5phr, 카본블랙 10~50phr 및 촉진보조제 0.1~0.5phr을 더 포함할 수 있고, 바람직하게는 천연고무 및 에틸렌 프로필렌 고무가 혼합된 고분자 수지 100phr(parts per hundred rubber) 대비 황 0.5~0.8phr, 가류촉진제 0.2~0.3phr, 노화방지제 1.0~2.0phr, 카본블랙 20~40phr 및 촉진보조제 0.1~0.5phr을 더 포함할 수 있다.
상기 황은 상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물의 경도 및 인장강도를 향상시키기 위해 첨가된다, 상기 황의 함량이 고분자 수지 100phr 대비 0.1phr 미만이면, 경도 및 인장강도가 저하될 수 있고, 1phr을 초과하면 신율이 저하되고, 이에 따라 작업성 저하 및 고무 경화가 발생할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류를 촉진하기 위해 첨가되는 것으로, 설펜아미드계일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 당업계에서 사용되는 것이라면 사용가능하다. 상기 가류촉진제의 함량이 고분자 수지 100phr 대비 0.1phr 미만이면, 가류 시간이 증가하여 생산성이 저하될 수 있으며, 0.5phr를 초과하면 고무경화가 발생하고, 백화현상이 발생할 수 있다.
상기 노화방지제는 고무의 내노화성을 개선하기 위해 첨가되는 것으로, 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 당업계에서 사용되는 것이라면 사용가능하다. 상기 노화방지제의 함량이 고분자 수지 100phr 대비 0.5phr 미만이면, 내노화성이 저하되어 제품의 수명이 저하될 수 있으며, 5phr를 초과하면 백화현상이 발생할 수 있다.
상기 카본 블랙은 고무의 강도를 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 상기 범위 내에서 와이퍼 블레이드로 사용하기에 적합한 물성을 나타낼 수 있다.
상기 촉진보조제는 황 또는 가류 촉진제의 역할을 보조하기 위해 첨가되는 것으로, 산화아연일 수 있 있으나, 이에 제한되지 않고 당업계에서 사용되는 것이라면 사용가능하다. 상기 범위 내에서 와이퍼 블레이드로 사용하기에 적합한 물성을 나타낼 수 있다.
본 발명에서 상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물은 RS R30031에 따른 작동 내구성이 15만회 이상일 수 있으며, 바람직하게는 20만회 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 25만회 이상일 수 있다. 상기 작동 내구성이 15만회 미만이면, 수명 및 내구성이 낮아 와이퍼 블레이드로 사용하기에 적합하지 않다.
본 발명의 고무 조성물은 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있다.
먼저, 천연고무(Natural Rubber) 30~50중량% 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 50~70중량%을 혼합하여 고분자 수지를제조하고, 상기 고분자 수지를 반죽기(kneader)에 투입하고, 사슬 구조를 물리으로 절단하기 위하여 1~10분 동안 10~200rpm의 속도 및 80~100℃에서 소련한다.
이후, 분자 사슬이 끊어진 고분자 수지에 카본블랙을 투입하고, 균등히 혼합 및 분산시키기 위하여 1~10분 동안 10~200rpm의 속도 및 90~110℃에서 혼련한다.
다음으로, 혼련된 수지를 황, 가류촉진제 및 촉진보조제와 함께 롤러(Roller)에 투입하고, 70~90℃에서 5~20분간 혼합한 후, 내림을 실시하여 고무 조성물을 제조한다.
본 발명의 다른 일실시예는 상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물을 포함하는 와이퍼 블레이드이다. 상기 와이퍼 블레이드는 와이퍼 블레이드 고무와 프레임이 결합되어 제조될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 천연고무(Natural Rubber) 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber)이 특정 중량%로 혼합된 고분자 수지를 포함함으로써, 와이퍼 블레이드용 고무로 사용하기에 적합한 신율을 나타낼 수 있으며, 천연고무(Natural Rubber) 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber)를 단독으로 사용하는 경우보다 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있으며, 클로로프렌 고무(CR)를 사용한 경우보다 동일 또는 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
또한, 와이퍼 블레이드에서 중요한 물성은 신율과 작동내구성으로, 신율의 값이 저하되면 작업성 및 생산성이 저하될 수 있으며, 작동내구성 값이 낮으면 제품의 수명이 저하될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 들어 설명한다.
실시예 1
1. 천연고무(Natural Rubber) 50중량% 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 50중량%을 혼합하여 고분자 수지를 제조하고, 상기 고분자 수지를 반죽기(kneader)에 투입하고, 사슬 구조를 물리으로 절단하기 위하여 5분 동안 50rpm의 속도 및 90℃에서 소련한다.
2. 분자 사슬이 끊어진 고분자 수지에 카본블랙을 투입하고, 균등히 혼합 및 분산시키기 위하여 5분 동안 100rpm의 속도 및 100℃에서 혼련한다.
3. 혼련된 수지를 황, 가류촉진제 및 촉진보조제와 함께 롤러(Roller)에 투입하여 황, 가류촉진제 및 촉진보조제를 투입하고, 80℃에서 15분간 혼합 후, 내림을 실시하여 고무 조성물을 제조한다.
상기 고무 조성물에 포함된 카본블랙, 황, 가류촉진제 및 촉진보조제의 함량은 제조된 1단계에서 제조된 고분자 수지 100phr 대비 황 0.6phr, 가류촉진제 0.25phr, 카본블랙 30phr 및 촉진보조제 0.3phr이다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 천연고무 40중량% 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 60중량%를 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 천연고무 30중량% 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 70중량%를 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 혼합된 고분자 수지 대신 천연고무 100중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 혼합된 고분자 수지 대신 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 100중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 혼합된 고분자 수지 대신 클로로프렌 고무(Chloroprene Rubber) 100중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 고무 조성물을 이용하여 하기 측정방법으로 물성을 측정하였고, 이에 대한 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
[물성 측정방법]
경도(Shore A), 인장강도, 신율, 압축영구줄음율, 내오존성 및 내열성(경도변화율, 인장강도 변화율, 신율변화율) : 고무 조성물로 시편을 제조하여 KS M6518에 따라 측정함
고무인장강도 : 고무 조성물로 시편을 제조하여 RS R0031에 따라 측정함
내한성(TR10) : 고무 조성물로 시편을 제조하여 KS M6724에 따라 측정함
고무인열강도 : 고무 조성물을 와이퍼 블레이드 고무로 제조하여 RS R0031에 따라 측정함
작동내구성 및 소음 : 고무 조성물을 포함하는 와이퍼로 제조하여 RS R0031에 따라 측정함
구분 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 측정
방법
천연고무 중량% 50 40 30 100 0 0 -
에틸렌프로필렌고무 중량% 50 60 70 0 100 0 -
클로로프렌 고무 중량% 0 0 0 0 0 100 -
고무
재료
시편		 경도 Pts 62 60 60 64 64 59 KS M6518
인장강도 Kgf/cm2 182.4 178.5 172.5 199 178.6 195
신율 % 602 580 565 398 317.1 489
압축영구줄음율 % 17 17 14 35 11 17
내오존성 - 균열없음 균열없음 균열없음 균열발생 균열없음 균열없음
내열
(내노화)		 경도
변화율		 Pts 8 3 2 25 14 2
인장강도변화율 % -11 -1.9 -1.1 -24 -21 -3
신율변화율 % -24.5 -11.8 -8.4 -18 -18 -8
고무인장강도 % 0.2 0.3 0.3 0.1 0.1 0.3 RS R0031
내한성 TR10 ℃ -42.0 -45.0 -47.0 -57 -35.9 -42.1 KR M6724
Wiper Blade Ruber 고무인열강도 N 121 108 101 122 118 110 RS R0031
Wiper 작동내구성 회 15만 25만 25만 15만 20만 25만
소음 - 없음 없음 없음 없음 없음 없음
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 천연고무 및 에틸렌프로필렌 고무를 혼합한 경우(실시예 1 내지 3)는 천연고무 및 에틸렌프로필렌 고무를 각각 사용한 경우(비교예 1 및 2)보다 우수한 신율(565% 이상)을 나타내고 있으며, 와이퍼로 제조 시 작동 내구성 또한 15만회 이상으로 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 천연고무 및 에틸렌프로필렌 고무를 혼합한 경우(실시예 1 내지 3)는 클로로프렌 고무를 사용한 경우(비교예 3)보다 신율이 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 천연고무 및 에틸렌프로필렌 고무를 혼합한 경우(실시예 1 내지 3)는 경도, 인장강도, 내오존성, 내열성 등의 수치가 우수한 것으로부터 와이퍼 블레이드용 고무로 사용하기에 적합한 물성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
이와 같이 상기 실험예를 참고할 때, 본 발명에 따라 제조된 고무 조성물은 천연고무 및 에틸렌 프로필렌 고무의 특정 중량%로 혼합된 고분자 수지를 포함함으로써, 와이퍼 블레이드용 고무로 사용하기에 적합한 신율을 나타낼 수 있다. 또한 천연고무 및 에틸렌 프로필렌 고무를 각각 사용하는 경우보다 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있으며, 클로로프렌 고무(CR)를 사용한 경우보다 동일 또는 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 천연고무(Natural Rubber) 30~50중량% 및 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) 50~70중량%로 구성된 고분자 수지를 포함하고,
    KS M6518에 따른 신율이 500% 이상인 와이퍼 블레이드용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물은 황, 가류촉진제, 노화방지제, 카본블랙 및 촉진보조제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 블레이드용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물은 고분자 수지 100phr 대비 황 0.1~1phr, 가류촉진제 0.1~0.5phr, 노화방지제 0.5~5phr, 카본블랙 10~50phr 및 촉진보조제 0.1~0.5phr을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 블레이드용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 와이퍼 블레이드용 고무 조성물은 RS R0031에 따른 작동내구성이 15만회 이상인 것을 특징으로 하는 와이퍼 블레이드용 고무 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 와이퍼 블레이드용 고무 조성물을 포함하는 와이퍼 블레이드.
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